Javier Pérez MatoµP para Comunicaciones

Curso 2008/09ETSIT - ULPGC

INTRODUCCIÓN

HPC: High Performance Computer System

¿Qué es un supercomputador?◦ Computador diseñado para ofrecer la mayor

capacidad de procesamiento posible.

Evolución◦ Caracterizada por un rápido cambio de fabricantes,

arquitecturas y tecnologías.◦ Evolución de las prestaciones: estable y continua.

Inteligencia / Defensa Predicción climática Simulaciones físicas, químicas y matemáticas Transporte Astrofísica Materiales y nanotecnología Macroeconomía y dinámica social

EVOLUCIÓN HISTÓRICA1940 - 1970

Colossus (UK) 1943◦ Empleado para descifrar comunicaciones alemanas

en la segunda guerra mundial.

Colossus (UK) 1943

◦ 1500 válvulas electrónicas◦ Capaz de leer 5000 caracteres por segundo en una

cinta de papel perforada.◦ La señal de reloj provenía de una serie de agujeros

en la misma cinta.◦ 100 operaciones booleanas por segundo.◦ Se usan por primera vez los registros de

desplazamiento.

ENIAC (USA) 1945◦ Empleado para el cálculo de tablas balísticas.

ENIAC (USA) 1945◦ Electronic Numerical Integrator And Computer

◦ 17.468 válculas electrónicas◦ 27 toneladas de peso y un área de 63m2◦ 150 kW de consumo◦ 5.000 operaciones de suma/resta por segundo.◦ 385 operaciones de multiplicación por segundo.

BINAC (USA) 1949◦ Empleado para el desarrollo de reactores militares.

BINAC (USA) 1949◦ BINary Automatic Computer

◦ 2 CPUs◦ Memoria de mercurio de 512 palabras◦ Velocidad de reloj de 4.25 MHz◦ 800 µs por cada suma/resta◦ 1200 µs por cada multiplicación

Los supercomputadores crean mercado◦ Se crea un mercado de computación para un amplio

rango de aplicaciones científicas y comerciales.◦ El rango de aplicaciones disponibles se expande

rápidamente.◦ Los dos principales fabricantes fueron IBM y Sperry

Rand. Ambos salieron al mercado de la supercomputación en los años 70.

Algunos ejemplos:

◦ UNIVAC I (USA) 1951

Algunos ejemplos:

◦ IBM 7030 Stretch (USA) 1961

COMPUTACIÓN ESCALAR Y COMPUTACIÓN VECTORIAL

Arquitectura Von Newmann◦ Stored Program Computer

◦ El programa se almacena en la memoria delcomputador, donde están ya los datos. Para ello esnecesario definir un Instruction Set Architecture(ISA).

Computador Vectorial

◦ Pueden almacenarse vectores de números en registros vectoriales y procesarse en unidades aritméticas supersegmentadas.

Ejemplo: Multiplicación matricial

nmijaA ×= )(

pnijbB ×= )(

∑=

⋅=n

rrjirij baC

1

Ejemplo: Multiplicación matricial

◦ Procesador Escalar

Se ejecutan 9*N instrucciones

Ejemplo: Multiplicación matricial

◦ Procesador Vectorial

Se ejecutan 7 instrucciones

LA ERA VECTORIAL(1970 – 2000)

Los Supercomputadores se hacen vectoriales◦ Comienza la era de la supercomputación moderna.◦ Aumentan las prestaciones en más de 1 orden de

magnitud.◦ Mercado dominado por CDC y Cray Research

Algunos ejemplos:

◦ CDC 6600 (USA) 1966 (pre-vectorial)

Algunos ejemplos:

◦ Cray – 1 (USA) 1976

Multiprocesadores Vectoriales (PVP):◦ En los años 80 y 90, los computadores vectoriales

se hacen multiprocesadores.

◦ Cray X-MP (4 proc.)◦ Cray Y-MP (8 proc.)◦ Cray C90 (16 proc.)◦ Cray T94 (32 proc.)

◦ En esa misma epoca aparece la competencia Japonesa en la supercomputación (Fujitsu, Hitachi, NEC…).

Algunos ejemplos de PVP:

Cray X-MP (1982) Cray Y-MP (1988)

Algunos ejemplos de PVP:

Cray C90 (1991)Cray T94 (1997)

SUPERCOMPUTADORES BASADOS EN MULTIPROCESADORES ESCALARES (SMPs)

La introducción de los microprocesadores◦ En 1971, Intel introduce el primer microprocesador:

i4004◦ A principios de los 80 la tecnología CMOS permitía

el uso de microprocesadores construidos en masa, de muy bajo coste, aunque de relativamente bajas prestaciones: The attack of the killer micros

Multiprocesadores Escalares◦ SMP (Symmetric Multiprocessor): Los primeros

multiprocesadores usaban pocos procesadores idénticos compartiendo una misma memoria.◦ En un principio se emplean procesadores CISC

(Synapse, Encore, Flex, Sequent, Myrias…).◦ En los 90 fueron desbancadas por los RISC (Sun,

SGI, HP, IBM…).◦ La principal área de trabajo es la mejora de las

redes de interconexión entre los procesadores (buses).

Multiprocesadores Escalares

◦ NUMA (Non Uniform Memory Access): Distribución de los módulos de memoria entre los procesadores.

◦ MPP (Massively Parallel Processor): Se elimina la compartición física de la memoria.

CLUSTERS

Uso de componentes estándar◦ Se reduce el coste al sustituir los ASIC por componentes

estándar ampliamente disponibles.

◦ Los MPP derivan en clusters.

◦ A partir del 2000 empiezan a dominar el mercado los procesadores de Intel: Itanium 2, Xeon…

◦ Relación rendimiento-coste muy elevada.

◦ Los supercomputadores más potentes seguirán contieniendo algún ASIC en su diseño.

LA ACTUALIDAD

MareNostrum (IBM) Pos. 32

Tipo: IBM Cluster

Aplicación: Medicina

Año: 2006

Memoria: 20 TB

OS: SuSE Linux Enterprise Server 9

CPU: PPC 970 2300 MHz (x10240)

62 teraflops

Pleiades (SGI) Pos. 3

Tipo: SGI Altix

Aplicación: No especificada

Año: 2008

Memoria: 51 TB

OS: SuSE Linux Enterprise Server 10

CPU: Intel EM64T Xeon 3000 MHz

1 petaflop

Jaguar (Cray) Pos. 2

Tipo: Cray XT

Aplicación: No especificada

Año: 2008

OS: SuSE Linux Enterprise Server 10

CPU: AMD x86_64 Opteron Quad2300 MHz (x180.000)

1.4 petaflops

Roadrunner (IBM) Pos. 1

Tipo: IBM Cluster

Aplicación: No especificada

Año: 2008

Memoria: 103 TB

OS: SuSE Linux Enterprise Server 10

CPU: PowerXCell 8i 3200 Mhz(x12960)

1.7 petaflops

Javier Pérez MatoµP para Comunicaciones

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